7-2 化工原理第七章.ppt

7.1概述,7.2吸收过程的气液相平衡,7.3吸收过程的传质速率,第七章吸收,7.4吸收塔的计算,7.5填料塔,7.2吸收过程的气液相平衡,第七章吸收,7.2.1气液相平衡与溶解度,7.2.2亨利定律,7.2.3气液相平衡在吸收过程中的作用,7.2.1气液相平衡与溶解度,液体S,气体（AB）,A溶解,A逸出,平衡方程,达平衡状态时,气体在液体中的溶解度,气相分压,液相组成,在一定温度和压力下，令某气体混合物（AB）与液体S接触。,溶解度曲线,气液相平衡示意图,【说明】气液相平衡是一种动态平衡。,x,y,（2）平衡分压气液平衡时，气相中溶质的分压为平衡分压。（3）相平衡关系平衡时溶质组分在气液两相中的浓度关系为相平衡关系。（4）溶解度曲线气液相平衡关系用二维坐标绘成的关系曲线称为溶解度曲线。,（1）饱和浓度气液平衡时，溶质在液相中的浓度为饱和浓度（平衡溶解度）。,对单组分物理吸收的物系，根据相律：,Fc23223,(组分数3，溶质A，惰性组分B，溶剂S，2，气、液两相),即在温度T、总压P和气、液相组成共4个变量中，有3个自变量（独立变量），另1个是它们的函数。即：,相平衡的理论依据,1、温度和分压对溶解度的影响,温度的影响,对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。,氨在水中的溶解度,400,50,260,平衡分压对溶解度的影响（P、T一定）,【结论】溶质（氨）在水中的溶解度随其在气相中的分压增大而增大。,2.总压对溶解度的影响（T、y一定）,【规律】浓度较高的混合气体，在一定的温度下，气相中溶质组成y不变，当总压P增加时，在同一溶剂中溶质的溶解度x随之增加。【启示】吸收操作通常在加压条件下进行。,小结,温度的影响,加压和降温,对同一溶质，在相同的气相分压下，溶解度随温度的升高而减小。,对同一溶质，在相同的温度下，溶解度随气相分压的升高而增大。,压力的影响,注意,减压和升温,有利于吸收操作,有利于解吸操作,【易溶气体】溶解度大的气体如NH3等称为易溶气体；【难溶气体】溶解度小的气体如O2、CO2等气体：介乎其间的气体称为溶解度适中的气体（如SO2等）。,【结论】不同气体在同一种吸收剂中的溶解度不同。,3.不同气体在同一种吸收剂中的溶解度,7.7.2亨利定律,【亨利定律】1803年英国化学家威廉.亨利研究气体在液体中的溶解度时，总结出一条经验规律：“在一定的温度和压强下，一种气体在液体里的溶解度与该气体的平衡分压成正比”。,【亨利定律的应用条件】（1）总压不高（不超过5105Pa，5atm）；（2）温度一定；（3）稀溶液。,若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔浓度c表示，亨利定律为,H溶解度系数，kmol/(m3kPa),1.pc关系,亨利定律的表达式：,易溶气体,因此,难溶气体,H大,H小,亨利定律的表达式,若溶质在气、液相中的组成分别以分压p、摩尔分数x表示，亨利定律为,E亨利系数，kPa,2.px关系,易溶气体,因此,难溶气体,E小,E大,若溶质在气、液相中的组成分别以摩尔分数y、x表示，亨利定律为,m相平衡常数,3.yx关系,亨利定律的表达式,易溶气体,注意,难溶气体,m小,m大,由,得,整理得,对于低组成吸收,1,简化得,亨利定律的表达式,4.YX关系,亨利定律表达式可改写为以下形式：,亨利定律的表达式,各系数的换算关系,推导可得亨利定律表达式各系数间的关系如下：,EH关系,Em关系,Hm关系,溶液密度,溶剂S的摩尔质量,7.2.3气液相平衡在吸收过程中的应用,1、判断过程进行的方向,发生吸收过程的充分必要条件是：,yy*,反之，溶质自液相转移至气相，即发生解吸过程。,xx*,或：,判断过程进行的方向,解吸,吸收,平衡关系：y*x,3.指明过程进行的极限,如塔无限高（气液两相接触时间相当长）的情况下，塔底液相的出口浓度：,【定义】当气液两相接触的时间相当长时，两相将达到平衡状态，此时即为过程的极限。,又如无限高的塔内，大量的吸收剂和较小气体流量，塔顶气相的出口组成为：,【结论】当x20时，y2,min0，理论上实现气相溶质的全部吸收。,3、确定过程的推动力,过程的推动力实际状态与平衡状态的差距。【y-y*】以气相中溶质摩尔分率差表示吸收过程的推动力；【x*-x】以液相中溶质的摩尔分率差表示吸收过程的推动力；【pA-p*A】以气相分压差表示的吸收过程推动力；【c*A-cA】以液相摩尔浓度差表示的吸收过程推动力。,气相推动力,液相推动力,吸收推动力示意图,y,x,【例】在总压101.3kPa，温度30的条件下,SO2摩尔分率为0.3的混合气体与SO2摩尔分率为0.01的水溶液相接触，试问:（1）从液相分析SO2的传质方向；（2）从气相分析，其它条件不变，温度降到0时SO2的传质方向；（3）其它条件不变，从气相分析，总压提高到202.6kPa时SO2的传质方向，并计算以液相摩尔分率差及气相摩尔率差表示的传质推动力。,【解】（1）查得在总压101.3kPa，温度30条件下SO2在水中的亨利系数E=4850kPa,所以,从液相分析,故SO2必然从液相转移到气相，进行解吸过程。,（2）查得在总压101.3kPa，温度0的条件下，SO2在水中的亨利系数E1670kPa,从气相分析,y*mx16.490.010.16y0.3,故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。,（3）在总压202.6kPa，温度30条件下，SO2在水中的亨利系数E=4850kPa,从气相分析,y*mx23.940.010.24y0.3,故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。,以液相摩尔分数表示的吸收推动力为：,xx*x0.